KR20220045683A - 연마패드 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

연마층을 포함하고, 상기 연마층 1g을 0.3M 농도의 수산화칼륨(KOH) 수용액에 투입하고, 밀폐된 용기 내에서 150℃ 온도 하에 48시간 반응시킨 가공 조성물의 핵자기공명(NMR) 13C 스펙트럼이 15ppm 내지 18ppm에서 나타나는 제1 피크; 9ppm 내지 11ppm에서 나타나는 제2 피크; 및 138ppm 내지 143ppm에서 나타나는 제3 피크를 포함하고, 상기 제3 피크 대 상기 제2 피크의 면적비가 약 1:1 내지 약 5:1인 연마패드를 제공한다. 상기 연마패드는 전술한 피크 특성에 부합하는 물성을 나타내며, 이를 통해 연마 대상의 연마에 있어서 목적 범위의 연마율 및 결함 방지 성능을 구현할 수 있다.

Description

연마패드 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법 {POLISHING PAD AND PREPARING METHOD OF SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}
연마 공정에 적용되는 패드에 관한 것이고, 이러한 패드를 반도체 소자의 제조방법에 적용하는 기술에 관한 것이다.
화학 기계적 평탄화(Chemical Mechanical Planarization, CMP) 또는 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP) 공정은 다양한 기술 분야에서 다양한 목적에 의해 수행될 수 있다. CMP 공정은 연마 대상의 소정의 연마면을 대상으로 수행되며, 연마면의 평탄화, 응집된 물질의 제거, 결정 격자 손상의 해소, 스크래치 및 오염원의 제거 등의 목적으로 수행될 수 있다.
반도체 공정의 CMP 공정 기술의 분류는 연마 대상 막질 또는 연마 후 표면 형상에 따라 구분할 수 있다. 예를 들어, 연마 대상 막질에 따라 단일 실리콘(single silicon) 또는 폴리 실리콘(poly silicon)으로 나눌 수 있고, 불순물의 종류에 의해 구분되는 다양한 산화막 또는 텅스텐(W), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta) 등의 금속막 CMP 공정으로 분류할 수 있다. 그리고, 연마 후 표면 형상에 따라, 기판 표면의 거칠기를 완화시키는 공정, 다층 회로 배선으로 인해 발생되는 단차를 평탄화하는 공정, 연마 후 회로 배선을 선택적으로 형성하기 위한 소자 분리 공정으로 분류할 수 있다.
CMP 공정은 반도체 소자의 제조 과정에서 복수로 적용될 수 있다. 반도체 소자의 경우 복수의 층을 포함하고, 각 층마다 복잡하고 미세한 회로 패턴을 포함한다. 또한, 최근 반도체 소자는 개별적인 칩 크기는 줄어들고, 각 층의 패턴은 보다 복잡하고 미세해지는 방향으로 진화되고 있다. 이에 따라, 반도체 소자를 제조하는 과정에서 회로 배선의 평탄화 목적뿐만 아니라 회로 배선의 분리 및 배선 표면 개선의 응용 등으로 CMP 공정의 목적이 확대되었고, 그 결과 보다 정교하고 신뢰성 있는 CMP 성능이 요구되고 있다.
이러한 CMP 공정에 사용되는 연마패드는 마찰을 통해 연마면을 요구되는 수준으로 가공하는 공정용 부품으로서, 연마 후 연마 대상의 두께 균일도, 연마면의 평탄도 및 연마 품질 등에 있어서 가장 중요한 요소들 중 하나로 볼 수 있다.
본 발명의 일 구현예는 연마 공정 중에 시간이 경과함에 따라서도 연마면이 초기와 동등 수준의 표면 상태를 유지함으로써 장시간 연마 성능이 저하되지 않으면서, 적절한 경도, 인장강도 및 신율 등의 물성을 바탕으로, 연마 공정에 적용되어 목적 수준의 연마율 및 결함 방지 효과를 구현할 수 있는 연마 패드를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 반도체 기판의 연마에 있어서 높은 공정 효율을 나타내며, 최종 연마 결과에 있어서, 상기 반도체 기판의 피연마면이 적정 연마율 및 최저 수준의 결함을 나타내는 효과를 구현하는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 연마층을 포함하고, 상기 연마층 1g을 0.3M 농도의 수산화칼륨(KOH) 수용액에 투입하고, 밀폐된 용기 내에서 150℃ 온도 하에 48시간 반응시킨 가공 조성물의 핵자기공명(NMR) 13C 스펙트럼이 15ppm 내지 18ppm에서 나타나는 제1 피크; 9ppm 내지 11ppm에서 나타나는 제2 피크; 및 138ppm 내지 143ppm에서 나타나는 제3 피크를 포함하고, 상기 제3 피크 대 상기 제2 피크의 면적비가 약 1:1 내지 약 5:1인 연마패드를 제공한다.
상기 제1 피크 대 상기 제2 피크의 면적비가 약 10:1 내지 약 10:5이고, 상기 제1 피크 대 상기 제3 피크의 면적비가 약 10:5 내지 약 10:10일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 연마층을 포함하는 연마패드를 제공하는 단계; 및 상기 연마층의 연마면에 연마 대상의 피연마면이 맞닿도록 배치한 후 서로 상대 회전시키면서 상기 연마 대상을 연마시키는 단계;를 포함하고, 상기 연마 대상은 반도체 기판을 포함하고, 상기 연마층은 이의 1g을 0.3M 농도의 수산화칼륨(KOH) 수용액에 투입하고, 밀폐된 용기 내에서 150℃ 온도 하에 48시간 반응시킨 가공 조성물의 핵자기공명(NMR) 13C 스펙트럼이 15ppm 내지 18ppm에서 나타나는 제1 피크; 9ppm 내지 11ppm에서 나타나는 제2 피크; 및 138ppm 내지 143ppm에서 나타나는 제3 피크를 포함하고, 상기 제3 피크 대 상기 제2 피크의 면적비가 1:1 내지 5:1인, 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.
상기 반도체 소자의 제조방법에 있어서, 상기 반도체 기판이 산화규소(SiO2) 막을 포함하고, 상기 피연마면이 상기 산화규소(SiO2) 막의 표면이며, 평균 연마율이 2,500 Å/min 내지 4,000 Å/min이고, 연마 완료 후 상기 피연마면이 5개 미만의 결함(defect)을 포함할 수 있다.
상기 연마패드는 이를 소정의 조건 하에서 처리한 가공 조성물이 나타내는 피크 특성에 상응하는 화학적 결합 구조 및 가교 구조를 갖는 연마층을 포함함으로써, 상기 연마층의 연마면이 적절한 경도를 나타낼 수 있고, 이에 따라 피연마대상의 연마에 있어서 목적 범위의 연마율 및 표면 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 연마 공정 중에 시간이 경과함에 따라서도 연마면이 초기와 동등 수준의 표면 상태를 유지함으로써 장시간 연마 성능이 저하되지 않는 이점을 갖는다.
상기 연마패드를 이용한 반도체 소자의 제조방법은 연마 대상인 반도체 기판의 연마에 있어서 높은 공정 효율을 나타내며, 최종 연마 결과에 있어서, 상기 반도체 기판의 피연마면이 적정 연마율 및 최저 수준의 결함을 나타내는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 상기 연마패드의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 일 구현예에 따른 반도체 소자의 제조방법의 공정도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 예시적인 예비 조성물, 경화 구조체 및 가공 조성물을 설명하기 위한 모식도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
또한, 본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 아울러, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 또는 "하부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
또한, 본 명세서에서 핵자기공명(NMR) 스펙트럼의 피크 면적비는 동일한 연마층에 대하여 적어도 5회 동일한 방법으로 면적비를 산출한 후 과반수 이상의 회차에서 해당 값이 해당 범위 내이면 권리 범위에 속하는 것으로 해석된다. 또한, 상기 피크의 면적비는 핵자기공명(NMR) 스펙트럼에서 해당 피크의 인테그레이션(integration) 값으로 구할 수 있다.
본 발명에 따른 일 구현예에서, 연마층을 포함하고, 상기 연마층 1g을 0.3M 농도의 수산화칼륨(KOH) 수용액에 투입하고, 밀폐된 용기 내에서 150℃ 온도 하에 48시간 반응시킨 가공 조성물의 핵자기공명(NMR) 13C 스펙트럼이 15ppm 내지 18ppm에서 나타나는 제1 피크; 9ppm 내지 11ppm에서 나타나는 제2 피크; 및 138ppm 내지 143ppm에서 나타나는 제3 피크를 포함하고, 상기 제3 피크 대 상기 제2 피크의 면적비가 약 1:1 내지 약 5:1인 연마패드를 제공한다.
상기 연마층은 소정의 화학 구조를 갖는 화합물로 구성된 경화물로서, 상기 화합물의 화학적 구조와 상기 화학적 구조를 이루는 반복 단위의 각 결합 구조 및 결합력에 따라 연마율 및 결함(defect) 정도 등의 최종 연마 성능이 결정될 수 있다. 상기 연마층에 포함된 화합물에는 다양한 형태의 화학적 결합 구조가 포함되는데, 소정의 처리 조건 하에서 상기 연마층을 처리할 경우, 각 결합 구조의 결합력에 따라 결합이 분리되기도 하고 유지되기도 한다. 이에 따라 상기 연마층의 가공 조성물의 핵자기공명(NMR) 13C 스펙트럼의 형태가 달라진다.
구체적으로, 일 구현예에 따른 상기 연마층은 이의 1g을 0.3M 농도의 수산화칼륨(KOH) 수용액에 투입하고, 밀폐된 용기 내에서 150℃ 온도 하에 48시간 반응시킨 가공 조성물의 핵자기공명(NMR) 13C 스펙트럼이 15ppm 내지 18ppm에서 나타나는 제1 피크; 9ppm 내지 11ppm에서 나타나는 제2 피크; 및 138ppm 내지 143ppm에서 나타나는 제3 피크를 포함하고, 상기 제3 피크 대 상기 제2 피크의 면적비가 약 1:1 내지 약 5:1인 특징을 가질 수 있다. 즉, 상기 연마층은 상기 스펙트럼 특성에 상응하는 화학적 결합 구조를 갖는 화합물로 이루어지며, 이에 의해 상기 연마패드의 연마 성능이 크게 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 연마층은, 상기 가공 조성물의 핵자기공명(NMR) 13C 스펙트럼에 있어서, 상기 제2 피크 및 상기 제3 피크의 면적비의 상관 관계가 전술한 조건을 만족하는 것에 상응하는 고분자 결합 정도를 갖게 되며, 이에 상응하는 경도 및 신율 등의 물성을 나타내게 되고, 그 결과 목적하는 수준의 연마율(RR) 등의 연마 성능을 구현할 수 있다.
예를 들어, 상기 제3 피크 대 상기 제2 피크의 면적비는 약 1:1 내지 약 5:1일 수 있고, 예를 들어, 약 1:1 내지 약 4.5:1일 수 있고, 예를 들어, 약 1.5:1 내지 약 4.5:1일 수 있다. 상기 제3 피크 대 상기 제2 피크의 면적비가 상기 범위를 만족하는 결과를 통하여, 상기 연마층은 소정의 조건 하에서 일부 분해되어 상기 피크를 나타내는 화학적 결합력의 반복 단위를 갖는 것을 알 수 있고, 동시에 전체적으로 상기 면적비에 상응하는 화학적 구조를 가진 화합물을 포함하는 것을 알 수 있다. 이로써, 상기 연마층은 적절한 경도 및 신율을 가질 수 있고, 그 결과, 목적하는 연마율 및 결함 저감 효과를 구현할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 가공 조성물은 상기 제1 피크 대 상기 제2 피크의 면적비가 약 10:1 내지 약 10:5이고, 상기 제1 피크 대 상기 제3 피크의 면적비가 약 10:5 내지 약 10:10일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 피크 대 상기 제2 피크의 면적비는 약 10:1 내지 약 10:5일 수 있고, 예를 들어, 약 10:1.50 내지 약 10:5일 수 있고, 예를 들어, 약 10:1.60 내지 약 10:5일 수 있고, 예를 들어, 약 10:1.60 초과, 약 10:1.80 이하일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 피크 대 상기 제3 피크의 면적비는 약 10:5 내지 약 10:10일 수 있고, 예를 들어, 약 10:5.00 초과, 약 10:10.00 이하일 수 있다.
상기 가공 조성물의 상기 제3 피크 대 상기 제2 피크의 면적비가 전술한 범위를 만족함과 동시에 상기 제1 피크 대 상기 제2 피크의 면적비와 상기 제1 피크 대 상기 제3 피크의 면적비가 이와 같은 범위를 만족하는 경우, 상기 연마층은 제조 중의 경화 공정에서 적절한 경화도로 경화되었음을 알 수 있고, 이로써, 상기 연마층이 적절한 경도 및 신율을 나타내어, 결과적으로 목적하는 연마율 및 결함 저감 효과를 구현할 수 있다.
또한, 상기 가공 조성물에 있어서, 상기 연마층 1g을 0.3M 농도의 수산화칼륨(KOH) 수용액에 투입하고, 밀폐된 용기 내에서 150℃ 온도 하에 48시간 반응시킨 조건 하에서 처리하여 마련된 가공 조성물의 경우, 다른 조건 하에서 처리하여 마련된 가공 조성물에 비하여, 이의 핵자기공명(NMR) 13C 스펙트럼이 최종 연마패드의 연마 성능과 상관 관계가 높은 결과를 나타내었다.
상기 연마층을 처리하는 조건에 있어서, 상기 밀폐된 용기 내의 압력은 3bar 이하일 수 있다. 다만, 밀폐된 용기이기만 하면 족할 뿐 압력을 특정 조건으로 조절해야 하는 것은 아니다.
상기 가공 조성물의 핵자기공명(NMR) 13C 스펙트럼의 형태는 상기 연마층을 제조하는 과정 중의 원료 모노머의 종류와 함량, 공정 온도 및 압력 조건, 경화제 및 발포제 등의 첨가제의 종류 및 함량 등의 요소들이 종합적으로 영향을 주어 결정될 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 상기 연마패드의 단면을 개략적으로 도시한 것이다. 도 1의 (a)를 참조할 때, 상기 연마패드(100)는 상기 연마층(10)을 포함하고, 상기 연마층(10)의 일면 상에 쿠션층(20)을 포함할 수 있다. 상기 연마층(10)은 소정의 두께를 갖는 시트 형태로서, 연마 대상의 피연마면에 직접 또는 간접적으로 접촉되는 연마면으로 기능하는 제1면(11)을 포함하고, 상기 제1면(11)의 이면인 제2면(12)을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1면(11)은 상기 연마층(10)의 두께보다 적은 깊이로 가공된 홈(13)을 포함할 수 있다. 상기 홈(13)은 소위 그루브(groove)로 지칭되는 개념을 포함할 수 있다. 상기 제1면(11)은 복수의 홈(13)을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 연마패드(100)의 평면 구조는 실질적으로 원형일 수 있고, 상기 복수의 홈(13)은 상기 제1면(11)의 평면 상 구조를 기준으로 상기 연마층(10)의 중심으로부터 말단을 향하여 소정의 간격으로 이격 배치된 동심원형 구조의 홈을 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 복수의 홈(13)은 상기 제1면(11)의 평면상 구조를 기준으로 상기 연마층(10)의 중심으로부터 말단을 향하여 연속 형성된 방사형 구조의 홈을 포함할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 상기 복수의 홈(13)은 상기 동심원형 구조의 홈과 상기 방사형 구조의 홈을 동시에 포함할 수도 있다. 상기 홈(13)은 상기 연마패드(100)를 이용한 연마 공정 중에 상기 제1면(11) 상에 공급되는 연마액 또는 연마 슬러리의 유동성을 조절하거나, 상기 제1면(11)과 연마 대상의 피연마면의 접촉 면적의 크기를 조절하여 물리적 연마 특성을 조절하는 역할을 수행할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마층(10)의 두께는 약 0.8mm 내지 약 5.0mm, 예를 들어, 약 1.0mm 내지 약 4.0mm, 예를 들어, 약 1.0mm 내지 3.0mm, 예를 들어, 약 1.5mm 내지 약 3.0mm, 예를 들어, 약 1.7mm 내지 약 2.7mm, 예를 들어, 약 2.0mm 내지 약 3.5mm일 수 있다.
상기 연마층(10)은 복수의 기공을 포함하는 다공성 구조일 수 있다. 상기 복수의 기공의 평균 입경은 약 5㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 5㎛ 내지 약 40㎛, 예를 들어, 약 10㎛ 내지 약 40㎛, 예를 들어, 약 10㎛ 내지 약 35㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 복수의 기공은 그 일부가 상기 연마층의 연마면에서 외부로 드러나 상기 홈(13)과는 구별되는 미세 오목부(미도시)로 나타날 수 있고, 이는 상기 연마패드의 사용 중에 상기 홈(13)과 함께 연마액 또는 연마 슬러리의 유동성 및 계류 공간을 결정하여 연마 특성의 조절 요소로 기능할 수 있다.
상기 연마면(11)은 상기 홈(13)과는 구별되는 상기 미세 오목부에 의하여 소정의 표면 조도를 가질 수 있다. 일 구현예에서, 상기 연마면(11)의 표면 조도(Ra)는 약 3㎛ 내지 약 1mm일 수 있다. 예를 들어, 상기 연마면(11)의 표면 조도(Ra)는 약 3㎛ 내지 약 20㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 3㎛ 내지 약 10㎛일 수 있다.
상기 쿠션층(20)은 상기 연마층(10)의 상기 제2면(12) 상에 배치되어 상기 연마층(10)을 지지하면서 상기 연마 공정 중의 피연마면에 전달되는 외부 압력 또는 충격을 완화하는 역할을 할 수 있다. 이를 통해, 상기 연마패드(100)를 적용한 연마 공정에서 연마 대상에 대한 손상 및 결함 발생을 방지하는 데 기여할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 쿠션층(20)은 그 두께가 약 0.5mm 내지 약 2.5mm, 예를 들어, 약 0.8mm 내지 약 2.5mm, 예를 들어, 약 1.0mm 내지 약 2.5mm, 예를 들어, 약 1.0mm 내지 약 2.0mm, 예를 들어, 약 1.2mm 내지 약 1.8mm일 수 있다.
도 1의 (b)를 참조할 때, 일 구현예에서, 상기 연마패드(200)는 상기 연마층(10) 및 상기 쿠션층(20)을 포함하고, 상기 연마층(10)과 상기 쿠션층(20)의 계면에 배치되는 제1 접착층(30)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 접착층(30)은 열-융착(heat-sealing) 접착제로부터 유래될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 연마패드(200)는 상기 연마층(10)의 제2면(12) 상에 배치된 제2 접착층(40)을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 접착층(40)은 상기 연마패드를 연마 장치의 정반 상에 부착하기 위한 구성으로서, 상기 연마층(10)의 상기 제2면(12) 바로 위에 배치될 수도 있고, 도 1의 (b)와 같이, 상기 연마층(10) 상의 쿠션층(20) 등의 기타 층 위에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 상기 제2 접착층(40)은 감압(Pressure sensitive) 접착제로부터 유래될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 구현예에서, 상기 연마패드는 이의 최상위층과 최하위층을 관통하는 관통영역을 포함할 수 있다. 상기 관통 영역은 상기 연마패드의 사용 중에 연마 종점 검출을 위한 구성으로서 소정의 파장 조건의 광이 이를 투과할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 관통 영역에는 광투과 윈도우가 배치될 수 있다. 상기 광투과 윈도우는 약 500nm 내지 약 700nm 파장 중 어느 하나의 파장의 광에 대한 투과율이 약 30% 초과, 예를 들어, 약 40% 내지 약 80%일 수 있다.
상기 연마층은 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 예비 조성물의 경화물을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 예비 조성물은 경화제 및 발포제를 더 포함할 수 있다. 상기 '프리폴리머(prepolymer)'란 경화물 제조에 있어서, 성형하기 쉽도록 중합도를 중간 단계에서 중지시킨 비교적 낮은 분자량을 갖는 고분자를 의미한다. 상기 프리폴리머는 그 자체로 가열 및/또는 가압 등의 추가적인 경화 공정을 거치거나, 또는 다른 중합성 화합물, 예를 들어, 이종의 모노머 또는 이종의 프리폴리머와 같은 추가 화합물과 혼합하여 반응시킨 후 최종 경화물로 성형될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머는 이소시아네이트 화합물과 폴리올 화합물을 반응시켜 제조될 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머의 제조에 사용되는 상기 이소시아네이트 화합물은, 방향족 디이소시아네이트, 지방족 디이소시아네이트, 지환족 디이소시아네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 이소시아네이트 화합물은 방향족 디이소시아네이트를 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 이소시아네이트 화합물은 방향족 디이소시아네이트 및 지환족 디이소시아네이트를 포함할 수 있다.
상기 이소시아네이트 화합물은, 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-toluenediisocyanate, 2,4-TDI), 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-toluenediisocyanate, 2,6-TDI) 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트(naphthalene-1,5-diisocyanate), 파라-페닐렌디이소시아네이트(p-phenylenediisocyanate), 토리딘디이소시아네이트(tolidinediisocyanate), 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(4,4'-diphenylmethanediisocyanate), 헥사메틸렌디이소시아네이트(hexamethylenediisocyanate), 디사이클로헥실메탄디이소시아네이트(dicyclohexylmethanediisocyanate), 4,4'-디사이클로헥실메탄디이소시아네이트(4,4'-dicyclohexylmethanediisocyanate, H12MDI), 이소포론디이소시아네이트(isoporone diisocyanate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 '폴리올(polyol)'이란 분자 당 히드록시기(-OH)를 적어도 2 이상 포함하는 화합물을 의미한다. 일 구현예에서, 상기 폴리올 화합물은 히드록시기가 2개인 2가 알코올 화합물 즉, 디올(diol) 또는 글리콜(glycol); 또는 히드록시기가 3개인 3가 알코올 화합물, 즉, 트리올(triol) 화합물을 포함할 수 있다.
상기 폴리올 화합물은 예를 들어, 폴리에테르계 폴리올(polyether polyol), 폴리에스테르계 폴리올(polyester polyol), 폴리카보네이트계 폴리올(polycarbonate polyol), 아크릴계 폴리올(acryl polyol) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 폴리올 화합물은 예를 들어, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMG), 폴리프로필렌에테르글리콜, 에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3- 프로필렌글리콜, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜, 1,5-펜탄디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 디에틸렌글리콜(DEG), 디프로필렌글리콜(DPG), 트리프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리프로필렌트리올 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 폴리올 화합물은 약 100g/mol 내지 약 3,000g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리올은 약 100g/mol 내지 약 3,000g/mol, 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 2,000g/mol, 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 1,800g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 폴리올 화합물은 중량평균분자량(Mw)이 약 100g/mol 이상, 약 300g/mol 미만인 저분자량 폴리올 및 중량평균분자량(Mw)이 약 300g/mol 이상, 약 1800g/mol 이하인 고분자량 폴리올을 포함할 수 있다. 상기 고분자량 폴리올의 중량평균분자량(Mw)은 예를 들어, 약 500g/mol 이상, 약 1,800g/mol 이하일 수 있고, 예를 들어, 약 700g/mol 이상, 약 1,800g/mol 이하일 수 있다. 이 경우, 상기 폴리올 화합물은 상기 우레탄계 프리폴리머 내에서 적절한 가교 구조를 형성할 수 있고, 상기 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 예비 조성물이 소정의 공정 조건 하에 경화되어 형성된 연마층이 전술한 효과를 구현하기에 보다 유리할 수 있다. 즉, 상기 폴리올 화합물의 적절한 가교 구조에 의하여 상기 연마층을 소정의 조건 하에서 처리한 가공 조성물의 핵자기공명(NMR) 13C 스펙트럼이 전술한 피크 면적비 특성을 나타낼 수 있고, 이에 상응하는 우수한 연마 특성을 구현할 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머는 약 500g/mol 내지 약 3,000g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다. 상기 우레탄계 프리폴리머는 예를 들어, 약 600g/mol 내지 약 2,000g/mol, 예를 들어, 약 800g/mol 내지 약 1,000g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다. 상기 우레탄계 프리폴리머가 전술한 중량평균분자량(Mw)에 상응하는 중합도를 가지는 경우, 상기 예비 조성물이 소정의 공정 조건 하에서 경화되어 형성된 연마층이 전술한 우수한 연마 특성을 구현하기 위한 화학적 결합 구조를 갖기에 보다 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 이소시아네이트 화합물은 방향족 디이소시아네이트 화합물을 포함할 수 있고, 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물은 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI) 및 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-TDI)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 폴리올 화합물은, 예를 들어, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMG) 및 디에틸렌글리콜(DEG)을 포함할 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 이소시아네이트 화합물은 방향족 디이소시아네이트 화합물 및 지환족 디이소시아네이트 화합물을 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물은 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI) 및 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-TDI)를 포함하고, 상기 지환족 디이소시아네이트 화합물은 디사이클로헥실메탄디이소시아네이트(H12MDI)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 폴리올 화합물은, 예를 들어, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMG) 및 디에틸렌글리콜(DEG)을 포함할 수 있다.
상기 예비 조성물에 있어서, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 전체 성분 중의 상기 이소시아네이트 화합물 총량 100 중량부 대비, 상기 폴리올 화합물의 총량이 약 100 중량부 내지 약 250 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 120 중량부 내지 약 250 중량부 일 수 있고, 예를 들어, 약 120 중량부 내지 약 240 중량부 일 수 있고, 예를 들어, 약 120 중량부 내지 약 200 중량부 일 수 있고, 예를 들어, 약 120 중량부 내지 약 170 중량부 일 수 있다.
상기 예비 조성물에 있어서, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 상기 이소시아네이트 화합물이 상기 방향족 이소시아네이트 화합물을 포함하고, 상기 방향족 이소시아네이트 화합물이 2,4-TDI 및 2,6-TDI를 포함하는 경우, 상기 2,6-TDI의 함량은 상기 2,4-TDI 100 중량부 대비 약 1 중량부 내지 약 40 중량부 일 수 있고, 예를 들어, 약 1 중량부 내지 약 30 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 3 중량부 내지 약 28 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 20 중량부 내지 약 30 중량부일 수 있다.
상기 예비 조성물에 있어서, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 상기 이소시아네이트 화합물이 상기 방향족 이소시아네이트 화합물 및 상기 지환족 이소시아네이트 화합물을 포함하는 경우, 상기 지환족 이소시아네이트 화합물의 함량은 상기 방향족 이소시아네이트 화합물 전체 100 중량부 대비 약 5 중량부 내지 약 30 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 10 중량부 내지 약 25 중량부일 수 있다.
상기 예비 조성물은 이소시아네이트기 함량(NCO%)이 약 5중량% 내지 약 11중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 10중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 8중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 10중량%, 예를 들어, 약 8.5중량% 내지 약 10중량%, 예를 들어, 약 8.5중량% 초과, 약 10 중량% 이하일 수 있다. 상기 '이소시아네이트기 함량'은 상기 예비 조성물 전체 중량 중에서 우레탄 반응되지 않고 자유 반응기로 존재하는 이소시아네이트기(-NCO)의 중량의 백분율을 의미한다. 상기 예비 조성물의 이소시아네이트기 함량(NCO%)은 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 이소시아네이트 화합물 및 폴리올 화합물의 종류 및 함량, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하는 공정의 온도, 압력, 시간 등의 공정 조건 및 상기 우레탄계 프리폴리머의 제조에 이용되는 첨가제의 종류 및 함량 등을 종합적으로 조절하여 설계될 수 있다.
일 구현예예서, 상기 예비 조성물의 핵자기공명(NMR) 13C 스펙트럼이 16ppm 내지 20ppm에서 피크 위치(ppm) 값이 큰 순서대로 제4 피크 및 제5 피크를 나타내고, 상기 제4 피크 대 상기 제5 피크의 면적비가 약 1:1 내지 약 5:1일 수 있다.
구체적으로, 상기 예비 조성물의 핵자기공명(NMR) 13C 스펙트럼이 17.5ppm 내지 20.0ppm 범위에 제4 피크를 갖고, 16ppm 내지 17.5ppm 범위에 제5 피크를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제4 피크 대 상기 제5 피크의 면적비는 약 1:1 내지 약 5:1, 예를 들어, 약 1:1 내지 4:1, 예를 들어, 약 1:1 내지 약 3.5:1일 수 있고, 예를 들어, 약 1:1 이상, 3.5:1 미만일 수 있다. 이와 같은 피크 특성을 갖는 상기 예비 조성물이 소정의 공정 조건 하에 경화되어 형성된 연마층은 목적 수준의 연마율을 구현할 수 있고, 결함 저감 효과가 우수할 수 있다.
상기 예비 조성물은 상기 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 조성물로서, 상기 우레탄계 프리폴리머의 화학적 구조 자체; 및/또는 상기 우레탄계 프리폴리머가 함유하는 자유 반응기(free functional group)와 잔류하는 미반응 모노머가 함유하는 자유 반응기의 농도에 따라 상기 연마층의 경화 구조 내 화학적 결합 구조가 달라질 수 있다. 한편, 상기 우레탄계 프리폴리머를 구성하는 모노머와 잔류하는 미반응 모노머의 종류 또는 함량이 동일하더라도 상기 연마층의 경화 구조 내 화학적 결합 구조와 이로 인한 핵자기공명(NMR) 13C 스펙트럼의 피크 특성은 상기 우레탄계 프리폴리머 제조를 위한 반응 공정 조건; 상기 연마층 제조를 위한 경화 공정 조건; 또는 상기 가공 조성물을 제조하는 처리 조건 등에 의해 달라질 수 있다.
도 3은 이를 설명하기 위하여 상기 예비 조성물(50), 상기 연마층을 이루는 경화 구조체(60) 및 상기 가공 조성물(70)의 일 예시를 모식도로 설명한 것이다. 도 3을 참조할 때, 상기 예비 조성물(50)은 모노머 A, 모노머 B, 모노머 C 및 모노머 D를 반응시켜 제조된 것으로, 예시적으로 제1 프리폴리머(A-B-C-B-A) 및 제2 프리폴리머(A-B-C-B-D)를 포함하고, 미반응 모노머 D를 포함할 수 있다. 상기 예비 조성물(50)을 제조하기 위한 모노머의 종류가 달라질 경우, 프리폴리머의 화학적 구조도 달라지게 된다. 또한, 상기 예비 조성물(50)을 제조하기 위한 온도, 압력, 시간 등의 반응 조건에 따라 동일한 모노머를 원료로 한 경우라도 프리폴리머의 구조 및 미반응 모노머의 종류가 달라질 수 있다. 이어서, 상기 예비 조성물(50)에 첨가제 E 등을 투입한 후 소정의 온도, 압력 및 시간의 경화 공정 조건에 의해 경화하여 상기 프리폴리머보다 상대적으로 긴 사슬 구조 및 가교 구조를 갖는 경화 구조체(60)를 형성한다. 상기 경화 구조체(60)의 화학적 구조 또한 상기 첨가제의 종류 및/또는 상기 연마층을 제조하기 위한 공정 조건에 따라 달라질 수 있다. 이어서, 상기 경화 구조체(60)를 조건 1로 처리하여 가공 조성물(70)를 얻는다. 상기 조건 1에 의하여 상기 경화 구조체(60)의 결합 구조 중 적어도 일부가 끊어져 해리되어 구조체 1(A-B-C), 구조체 2(B-A-E-D-A-B) 및 구조제 3(C-B-A)를 포함하는 최종 가공 조성물(70)을 얻게 되는 것이다. 이때, 조건 1 이외의 다른 조건으로 처리한 가공 조성물은 상기 구조체 1, 2 및 3과는 다른 화학적 구조의 구조체를 포함하게 될 것이다.
즉, 상기 연마층 1g을 0.3M 농도의 수산화칼륨(KOH) 수용액에 투입하고, 밀폐된 용기 내에서 150℃ 온도 하에 48시간 반응시킨 조건 하에서 처리한 가공 조성물의 핵자기공명(NMR) 13C 스펙트럼의 피크 특성은 상기 연마층을 제조하기 위한 상기 예비 조성물과, 상기 예비 조성물의 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 모노머 종류 및 함량 뿐만 아니라, 상기 예비 조성물의 제조 및 상기 연마층의 제조 과정 중의 다양한 공정 조건 및 상기 가공 조성물을 얻기 위한 처리 조건 등이 유기적으로 연관되어 종합적으로 나타나는 특성이다. 다만, 일 구현예에 따른 상기 연마패드의 기술적 목적는 상기 가공 조성물의 핵자기공명(NMR) 13C 스펙트럼이 나타내는 피크 특성이 전술한 조건을 만족하는 경우 상기 연마패드에 의한 결과적인 연마 성능이 목적하는 수준을 구현한다는 상관 관계를 밝혀낸 것에 있으며, 이 목적을 만족하는 범위 내에서는 다소 상이한 모노머 종류 및 함량, 다소 상이한 공정 조건 등을 적용한 경우라도 본 발명에서 목적으로 하는 권리 범위에서 벗어난다고 볼 수는 없다.
일 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 이소시아네이트 화합물은 방향족 디이소시아네이트 화합물을 포함할 수 있고, 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물은 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI) 및 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-TDI)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 우레탄계 프리폴리머는 일말단 우레탄 반응된 2,4-TDI로부터 유래된 제1 단위 구조, 일말단 우레탄 반응된 2,6-TDI로부터 유래된 제2 단위 구조 및 양말단 우레탄 반응된 2,4-TDI로부터 유래된 제3 단위 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, '일말단 우레탄 반응된'의 의미는 디이소시아네이트의 2개의 이소시아네이트기 중에서 하나의 이소시아네이트기가 우레탄 반응된 것이고, '양말단 우레탄 반응된'의 의미는 디이소시아네이트의 2개의 이소시아네이트기가 모두 우레탄 반응된 것이다. 또한, 상기 '단위 구조'는 상기 프리폴리머 주쇄의 화학적 구조 내에 적어도 하나 이상 포함되는 구조적 단위체를 의미한다.
일 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머는 반복 구조가 상이한 복수의 프리폴리머를 포함할 수 있고, 각각의 프리폴리머는 독립적으로 상기 제1 단위 구조, 상기 제2 단위 구조 및 제3 단위 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이로써, 상기 예비 조성물의 경화물을 포함하는 상기 연마층이 목적 수준의 연마 성능을 구현하기에 보다 유리할 수 있다.
상기 예비 조성물은 양말단 미반응 2,6-TDI를 더 포함할 수 있다. 상기 '양말단 미반응'의 의미는 디이소시아네이트의 2개의 이소시아네이트기가 모두 반응하지 않은 것으로서, 상기 양말단 미반응 2,6-TDI는 상기 예비 조성물 내에 잔류하는 자유 모노머(Free monomer)이다. 상기 예비 조성물이 양말단 미반응 2,6-TDI를 포함함으로써, 상기 예비 조성물의 경화 과정에서 적절한 가교 구조 또는 사슬 연장 구조를 형성할 수 있고, 이에 따라, 상기 연마층을 소정의 조건 하에서 처리한 상기 가공 조성물이 전술한 피크 특성을 나타내기에 유리할 수 있다.
상기 예비 조성물의 핵자기공명(NMR) 13C 스펙트럼 피크 특성은, 전술한 바와 같이, 상기 우레탄계 프리폴리머를 이루는 모노머 종류 및 함량, 상기 우레탄계 프리폴리머 외에 잔류하는 미반응 모노머의 종류 및 함량, 상기 우레탄계 프리폴리머 화학적 결합 구조, 상기 우레탄계 프리폴리머 제조를 위한 반응 공정 조건 등에 의하여 종합적으로 결정될 수 있다.
상기 경화제는 상기 우레탄계 프리폴리머와 화학적으로 반응하여 상기 연마층 내의 최종 경화 구조체를 형성하기 위한 화합물로서, 예를 들어, 아민 화합물 또는 알콜 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 경화제는 방향족 아민, 지방족 아민, 방향족 알콜, 지방족 알코올 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 경화제는 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린)(4,4'-methylenebis(2-chloroaniline);　MOCA), 디에틸톨루엔디아민(diethyltoluenediamine; DETDA), 디아미노디페닐메탄(diaminodiphenylmethane), 디메틸티오톨루엔디아민(dimethyl thio-toluene diamine; DMTDA), 프로판디올 비스 p-아미노벤조에이트(propanediol bis p-aminobenzoate), Methylene bis-methylanthranilate, 디아미노디페닐설폰(diaminodiphenylsulfone), m-자일릴렌디아민(m-xylylenediamine), 이소포론디아민(isophoronediamine), 에틸렌디아민(ethylenediamine), 디에틸렌트리아민(diethylenetriamine), 트리에틸렌테트라아민(triethylenetetramine), 폴리프로필렌디아민(polypropylenediamine), 폴리프로필렌트리아민(polypropylenetriamine), 비스(4-아미노-3-클로로페닐)메탄(bis(4-amino-3-chlorophenyl)methane) 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 경화제의 함량은 상기 예비 조성물 100 중량부를 기준으로 약 18 중량부 내지 약 27 중량부, 예를 들어, 약 19 중량부 내지 약 26 중량부, 예를 들어, 약 20 중량부 내지 약 26 중량부일 수 있다. 상기 경화제의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 목적하는 연마패드의 성능을 구현하는 데에 더욱 유리할 수 있다.
상기 경화제가 아민 화합물을 포함하는 경우, 상기 예비 조성물 중의 이소시아네이트(NCO)기 대 상기 경화제 중의 아민(NH2)기의 몰비가 약 1:0.85 내지 약 1:0.99일 수 있고, 예를 들어, 약 1:0.89 내지 약 1:0.99일 수 있고, 예를 들어, 약 1:0.90 내지 약 1:0.96일 수 있다.
상기 발포제는 상기 연마층 내의 기공 구조를 형성하기 위한 성분으로서 고상 발포제, 기상 발포제, 액상 발포제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 일 구현예에서 상기 발포제는 고상 발포제, 기상 발포제 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 고상 발포제의 평균 입경은 약 5㎛ 내지 약 200㎛, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 21㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 21㎛ 내지 약 40㎛일 수 있다. 상기 고상 발포제의 평균 입경은 상기 고상 발포제가 후술하는 바에 따른 열팽창된(expanded) 입자인 경우 열팽창된 입자 자체의 평균 입경을 의미하며, 상기 고상 발포제가 후술하는 바에 따른 미팽창된(unexpanded) 입자인 경우 열 또는 압력에 의해 팽창된 이후 입자의 평균 입경을 의미할 수 있다.
상기 고상 발포제는 팽창성 입자를 포함할 수 있다. 상기 팽창성 입자는 열 또는 압력 등에 의하여 팽창이 가능한 특성을 갖는 입자로서, 상기 연마층을 제조하는 과정에서 가해지는 열 또는 압력 등에 의하여 최종 연마층 내에서의 크기가 결정될 수 있다. 상기 팽창성 입자는 열팽창된(expanded) 입자, 미팽창된(unexpanded) 입자 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 열팽창된 입자는 열에 의해 사전 팽창된 입자로서, 상기 연마층의 제조 과정에서 가해지는 열 또는 압력에 의한 크기 변화가 작거나 거의 없는 입자를 의미한다. 상기 미팽창된 입자는 사전 팽창되지 않은 입자로서, 상기 연마층의 제조 과정에서 가해지는 열 또는 압력에 의하여 팽창되어 최종 크기가 결정되는 입자를 의미한다.
상기 팽창성 입자는 수지 재질의 외피; 및 상기 외피로 봉입된 내부에 존재하는 팽창 유발 성분을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 외피는 열가소성 수지를 포함할 수 있고, 상기 열가소성 수지는 염화비닐리덴계 공중합체, 아크릴로니트릴계 공중합체, 메타크릴로니트릴계 공중합체 및 아크릴계 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 팽창 유발 성분은 탄화수소 화합물, 클로로플루오로 화합물, 테트라알킬실란 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 탄화수소 화합물은 에탄(ethane), 에틸렌(ethylene), 프로판(propane), 프로펜(propene), n-부탄(n-butane), 이소부탄(isobutene), n-부텐(butene), 이소부텐(isobutene), n-펜탄(n-pentane), 이소펜탄(isopentane), 네오펜탄(neopentane), n-헥산(n-hexane), 헵탄(heptane), 석유 에테르(petroleum ether) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 클로로플루오로 화합물은 트리클로로플루오로메탄(trichlorofluoromethane, CCl3F), 디클로로디플루오로메탄(dichlorodifluoromethane, CCl2F2), 클로로트리플루오로메탄(chlorotrifluoromethane, CClF3), 테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene, CClF2-CClF2) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 테트라알킬실란 화합물은 테트라메틸실란(tetramethylsilane), 트리메틸에틸실란(trimethylethylsilane), 트리메틸이소프로필실란(trimethylisopropylsilane), 트리메틸-n-프로필실란(trimethyl-n-propylsilane) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 고상 발포제는 선택적으로 무기 성분 처리 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고상 발포제는 무기 성분 처리된 팽창성 입자를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 고상 발포제는 실리카(SiO2) 입자 처리된 팽창성 입자를 포함할 수 있다. 상기 고상 발포제의 무기 성분 처리는 복수의 입자 간 응집을 방지할 수 있다. 상기 무기 성분 처리된 고상 발포제는 무기 성분 처리되지 않은 고상 발포제와 발포제 표면의 화학적, 전기적 및/또는 물리적 특성이 상이할 수 있다.
상기 고상 발포제의 함량은 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.5 중량부 내지 약 10 중량부, 예를 들어, 약 1 중량부 내지 약 3 중량부, 예를 들어, 약 1.3 중량부 내지 약 2.7 중량부, 예를 들어, 약 1.3 중량부 내지 약 2.6 중량부일 수 있다.
상기 연마층의 목적하는 기공 구조 및 물성에 따라 상기 고상 발포제의 종류 및 함량을 설계할 수 있다.
상기 기상 발포제는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 상기 기상 발포제는 상기 우레탄계 프리폴리머와 상기 경화제가 반응하는 과정에서 투입되어 기공 형성 요소로 사용될 수 있다.
상기 불활성 가스는 상기 우레탄계 프리폴리머와 상기 경화제 간의 반응에 참여하지 않는 가스라면 종류가 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 불활성 가스는 질소 가스(N2), 아르곤 가스(Ar), 헬륨 가스(He) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 불활성 가스는 질소 가스(N2) 또는 아르곤 가스(Ar)를 포함할 수 있다.
상기 연마층의 목적하는 기공 구조 및 물성에 따라 상기 기상 발포제의 종류 및 함량을 설계할 수 있다
일 구현예에서, 상기 발포제는 고상 발포제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 발포제는 고상 발포제만으로 이루어질 수 있다.
상기 고상 발포제는 팽창성 입자를 포함하고, 상기 팽창성 입자는 열팽창된 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고상 발포제는 열팽창된 입자로만 이루어질 수 있다. 상기 미팽창된 입자를 포함하지 않고 열팽창된 입자로만 이루어지는 경우, 기공 구조의 가변성은 저하되지만 사전 예측 가능성이 높아져 상기 연마층의 전 영역에 걸쳐 균질한 기공 특성을 구현하기에 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 열팽창된 입자는 약 5㎛ 내지 약 200㎛의 평균 입경을 갖는 입자일 수 있다. 상기 열팽창된 입자의 평균 입경은 약 5㎛ 내지 약 100㎛, 예를 들어, 약 10㎛ 내지 약 80㎛, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 70㎛, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 30㎛ 내지 약 70㎛, 예를 들어, 약 25㎛ 내지 45㎛, 예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 70㎛, 예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 60㎛일 수 있다. 상기 평균 입경은 상기 열팽창된 입자의 D50으로 정의된다.
일 구현예에서, 상기 열팽창된 입자의 밀도는 약 30kg/㎥ 내지 약 80kg/㎥, 예를 들어, 약 35kg/㎥ 내지 약 80kg/㎥, 예를 들어, 약 35kg/㎥ 내지 약 75kg/㎥, 예를 들어, 약 38kg/㎥ 내지 약 72kg/㎥, 예를 들어, 약 40kg/㎥ 내지 약 75kg/㎥, 예를 들어, 약 40kg/㎥ 내지 약 72kg/㎥일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 발포제는 기상 발포제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 발포제는 고상 발포제 및 기상 발포제를 포함할 수 있다. 상기 고상 발포제에 관한 사항은 전술한 바와 같다.
상기 기상 발포제는 질소 가스를 포함할 수 있다.
상기 기상 발포제는 상기 우레탄계 프리폴리머, 상기 고상발포제 및 상기 경화제가 혼합되는 과정 중에 소정의 주입 라인을 통하여 주입될 수 있다. 상기 기상 발포제의 주입 속도는 약 0.8L/min 내지 약 2.0L/min, 예를 들어, 약 0.8L/min 내지 약 1.8L/min, 예를 들어, 약 0.8L/min 내지 약 1.7L/min, 예를 들어, 약 1.0L/min 내지 약 2.0L/min, 예를 들어, 약 1.0L/min 내지 약 1.8L/min, 예를 들어, 약 1.0L/min 내지 약 1.7L/min일 수 있다.
상기 연마층을 제조하기 위한 조성물은 계면활성제, 반응속도조절제 등의 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 '계면활성제', '반응속도조절제' 등의 명칭은 해당 물질의 주된 역할을 기준으로 임의 지칭하는 명칭이며, 각각의 해당 물질이 반드시 해당 명칭으로 역할에 국한된 기능만을 수행하는 것은 아니다.
상기 계면활성제는 기공들의 응집 또는 중첩 등의 현상을 방지하는 역할을 하는 물질이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 계면활성제는 실리콘계 계면활성제를 포함할 수 있다.
상기 계면활성제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.2 중량부 내지 약 2 중량부의 함량으로 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 계면활성제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.2 중량부 내지 약 1.9 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.8 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.7 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.6 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.5 중량부, 예를 들어, 약 0.5 중량부 내지 1.5 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 계면활성제를 포함할 경우, 기상 발포제 유래 기공이 몰드 내에서 안정하게 형성 및 유지될 수 있다.
상기 반응속도조절제는 반응 촉진 또는 반응 지연의 역할을 하는 것으로서 목적에 따라 반응촉진제, 반응지연제 또는 이들 모두를 사용할 수 있다. 상기 반응속도조절제는 반응촉진제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응촉진제는 3차 아민계 화합물 및 유기금속계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 반응 촉진제일 수 있다.
구체적으로, 상기 반응속도조절제는 트리에틸렌디아민, 디메틸에탄올아민, 테트라메틸부탄디아민, 2-메틸-트리에틸렌디아민, 디메틸사이클로헥실아민, 트리에틸아민, 트리이소프로판올아민, 1,4-디아자바이사이클로(2,2,2)옥탄, 비스(2-메틸아미노에틸) 에테르, 트리메틸아미노에틸에탄올아민, N,N,N,N,N''-펜타메틸디에틸렌트리아민, 디메틸아미노에틸아민, 디메틸아미노프로필아민, 벤질디메틸아민, N-에틸모르폴린, N,N-디메틸아미노에틸모르폴린, N,N-디메틸사이클로헥실아민, 2-메틸-2-아자노보네인, 디부틸틴 디라우레이트, 스태너스 옥토에이트, 디부틸틴 디아세테이트, 디옥틸틴 디아세테이트, 디부틸틴 말리에이트, 디부틸틴 디-2-에틸헥사노에이트 및 디부틸틴 디머캅타이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 반응속도 조절제는 벤질디메틸아민, N,N-디메틸사이클로헥실아민 및 트리에틸아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 반응속도조절제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.05 중량부 내지 약 2 중량부의 양으로 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 반응속도조절제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.05 중량부 내지 약 1.8 중량부, 예를 들어, 약 0.05 중량부 내지 약 1.7 중량부, 예를 들어, 약 0.05 중량부 내지 약 1.6 중량부, 예를 들어, 약 0.1 중량부 내지 약 1.5 중량부, 예를 들어, 약 0.1 중량부 내지 약 0.3 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.8 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.7 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.6 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.5 중량부, 예를 들어, 약 0.5 중량부 내지 약 1 중량부의 양으로 사용될 수 있다. 상기 반응속도조절제가 전술한 함량 범위로 사용될 경우, 예비 조성물의 경화 반응속도를 적절하게 조절하여 원하는 크기의 기공 및 경도를 갖는 연마층을 형성할 수 있다.
상기 연마패드가 쿠션층을 포함하는 경우, 상기 쿠션층은 상기 연마층을 지지하면서 상기 연마층에 가해지는 외부 충격을 흡수하고 분산시키는 역할을 함으로써 상기 연마패드를 적용한 연마 공정 중의 연마 대상에 대한 손상 및 결함의 발생을 최소화시킬 수 있다.
상기 쿠션층은 부직포 또는 스웨이드를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에서, 상기 쿠션층은 수지 함침 부직포일 수 있다. 상기 부직포는 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 섬유 부직포일 수 있다.
상기 부직포에 함침된 수지는 폴리우레탄 수지, 폴리부타디엔 수지, 스티렌-부타디엔 공중합 수지, 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합 수지, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 공중합 수지, 실리콘 고무 수지, 폴리에스테르계 엘라스토머 수지, 폴리아미드계 엘라스토머 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
일 구현예에 따른 상기 연마패드에 있어서, 상기 연마층의 연마면의 경도(Shore D)는 약 50 이상일 수 있고, 예를 들어, 약 50 내지 약 75일 수 있고, 예를 들어, 약 55 내지 65일 수 있다. 상기 연마층의 인장강도는 약 20 N/㎟ 이상일 수 있고, 예를 들어, 약 20N/㎟ 내지 약 30N/㎟일 수 있고, 예를 들어, 약 20N/㎟ 내지 약 26N/㎟일 수 있다. 상기 연마층의 신율은 약 90% 이상일 수 있고, 예를 들어, 약 90% 내지 약 200%일 수 있다. 상기 연마층의 절삭률은 약 80㎛/hr 이하일 수 있고, 예를 들어, 약 40㎛/hr 내지 약 80㎛/hr 일 수 있고, 예를 들어, 약 40㎛/hr 내지 약 60㎛/hr일 수 있다. 예를 들어, 상기 연마면의 경도; 상기 연마층의 인장강도와 신율; 및 상기 연마층의 절삭률이 동시에 전술한 범위를 나타내는 경우, 상기 가공 조성물의 피크 특성에 상응하는 물리적, 기계적 특성을 나타내는 것으로 평가될 수 있다. 이 경우, 상기 연마층을 포함하는 연마패드는 반도체 소자 공정에 적용되어 우수한 연마 성능을 구현할 수 있다.
이하, 상기 연마패드를 제조하는 방법을 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 다른 구현예에서, 프리폴리머를 포함하는 예비 조성물을 제조하는 단계; 상기 예비 조성물, 발포제 및 경화제를 포함하는 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 연마층 제조용 조성물을 경화하여 연마층을 제조하는 공정을 포함하는 연마패드의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 예비 조성물을 제조하는 단계는 디이소시아네이트 화합물 및 폴리올 화합물을 반응시켜 우레탄계 프리폴리머를 제조하는 공정일 수 있다. 상기 디이소시아네이트 화합물 및 상기 폴리올 화합물에 관한 사항은 상기 연마패드에 관하여 전술한 바와 같다.
상기 예비 조성물의 이소시아네이트기 함량(NCO%)은 약 5중량% 내지 약 11중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 10중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 8중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 10중량%, 예를 들어, 약 8.5중량% 내지 약 10중량%일 수 있고, 예를 들어, 약 8.5 중량% 초과, 약 10 중량% 이하일 수 있다. 이 경우, 전술한 화학적 결합 구조를 갖는 연마층을 얻기에 보다 유리할 수 있다. 상기 예비 조성물의 이소시아네이트기 함량은 상기 우레탄계 프리폴리머의 말단 이소시아네이트기, 상기 디이소시아네이트 화합물 중 반응하지 않은 미반응 이소시아네이트기 등으로부터 유래될 수 있다.
상기 예비 조성물의 점도는 약 80℃에서 약 100cps 내지 약 1,000cps일 수 있고, 예를 들어, 약 200cps 내지 약 800cps일 수 있고, 예를 들어, 약 200cps 내지 약 600cps일 수 있고, 예를 들어, 약 200cps 내지 약 550cps일 수 있고, 예를 들어, 약 300cps 내지 약 500cps일 수 있다.
상기 발포제가 고상 발포제 또는 기상 발포제를 포함할 수 있다. 상기 발포제의 종류 등에 관한 사항은 상기 연마패드에 관하여 전술한 바와 같다.
상기 발포제가 고상 발포제를 포함하는 경우, 상기 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계는 상기 예비 조성물 및 상기 고상 발포제를 혼합하여 제1 예비 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제1 예비 조성물과 경화제를 혼합하여 제2 예비 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 예비 조성물의 점도는 약 80℃에서 약 1,000cps 내지 약 2,000cps일 수 있고, 예를 들어, 약 1,000cps 내지 약 1,800cps일 수 있고, 예를 들어, 약 1,000cps 내지 약 1,600cps일 수 있고, 예를 들어, 약 1,000cps 내지 약 1,500cps일 수 있다.
상기 발포제가 기상 발포제를 포함하는 경우, 상기 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계는 상기 예비 조성물 및 상기 경화제를 포함하는 제3 예비 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제3 예비 조성물에 상기 기상 발포제를 주입하여 제4 예비 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제3 예비 조성물은 고상 발포제를 더 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마층을 제조하는 공정은 제1 온도로 예열된 몰드를 준비하는 단계; 및 상기 예열된 몰드에 상기 연마층 제조용 조성물을 주입하여 경화시키는 단계; 및 경화된 상기 연마층 제조용 조성물을 상기 예열 온도보다 높은 제2 온도 조건 하에서 후경화하는 단계를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 온도와 상기 제2 온도의 온도차는 약 10℃ 내지 약 40℃일 수 있고, 예를 들어, 약 10℃ 내지 약 35℃일 수 있고, 예를 들어, 약 15℃ 내지 약 35℃일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 온도는 약 60℃ 내지 약 100℃, 예를 들어, 약 65℃ 내지 약 95℃, 예를 들어, 약 70℃ 내지 약 90℃일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제2 온도는 약 100℃ 내지 약 130℃일 수 있고, 예를 들어, 약 100℃ 내지 125℃일 수 있고, 예를 들어, 약 100℃ 내지 약 120℃일 수 있다.
상기 연마층 제조용 조성물을 상기 제1 온도 하에서 경화시키는 단계는 약 5분 내지 약 60분, 예를 들어, 약 5분 내지 약 40분, 예를 들어, 약 5분 내지 약 30분, 예를 들어, 약 5분 내지 약 25분동안 수행될 수 있다.
상기 제1 온도 하에서 경화된 연마층 제조용 조성물을 상기 제2 온도 하에서 후경화하는 단계는 약 5시간 내지 약 30시간, 예를 들어, 약 5시간 내지 약 25시간, 예를 들어, 약 10시간 내지 약 30시간, 예를 들어, 약 10시간 내지 약 25시간, 예를 들어, 약 12시간 내지 약 24시간, 예를 들어, 약 15시간 내지 약 24시간동안 수행될 수 있다.
상기 연마층을 제조하는 공정을 통하여 최종적으로 제조된 연마층은 이의 1g을 0.3M 농도의 수산화칼륨(KOH) 수용액에 투입하고, 밀폐된 용기 내에서 150℃ 온도 하에 48시간 반응시킨 가공 조성물의 핵자기공명(NMR) 13C 스펙트럼이 15ppm 내지 18ppm에서 나타나는 제1 피크; 9ppm 내지 11ppm에서 나타나는 제2 피크; 및 138ppm 내지 143ppm에서 나타나는 제3 피크를 포함하고, 상기 제3 피크 대 상기 제2 피크의 면적비가 약 1:1 내지 약 5:1인 특징을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 제3 피크 대 상기 제2 피크의 면적비는 약 1:1 내지 약 5:1일 수 있고, 예를 들어, 약 1:1 내지 약 4.5:1일 수 있고, 예를 들어, 약 1.5:1 내지 약 4.5:1일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 가공 조성물은 상기 제1 피크 대 상기 제2 피크의 면적비가 약 10:1 내지 약 10:5일 수 있고, 상기 제1 피크 대 상기 제3 피크의 면적비가 약 10:5 내지 약 10:10일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 피크 대 상기 제2 피크의 면적비는 약 10:1 내지 약 10:5일 수 있고, 예를 들어, 약 10:1.50 내지 약 10:5일 수 있고, 예를 들어, 약 10:1.60 내지 약 10:5일 수 있고, 예를 들어, 약 10:1.60 초과, 약 10:1.80 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 피크 대 상기 제3 피크의 면적비는 약 10:5 내지 약 10:10일 수 있고, 예를 들어, 약 10:5.00 초과, 약 10:10.00 이하일 수 있다.
상기 연마패드의 제조방법은 상기 연마층의 적어도 일면을 가공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 연마층의 적어도 일면을 가공하는 단계는 상기 연마층의 적어도 일면 상에 그루브(groove)를 형성하는 단계 (1); 상기 연마층의 적어도 일면을 선삭(line turning)하는 단계(2); 및 상기 연마층의 적어도 일면을 조면화하는 단계 (3) 중 적어도 하나의 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계 (1)에서, 상기 그루브(groove)는 상기 연마층의 중심으로부터 소정의 간격으로 이격형성되는 동심원형 그루브; 및 상기 연마층의 중심으로부터 상기 연마층의 엣지(edge)까지 연속 연결되는 방사형 그루브 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 단계 (2)에서, 상기 선삭(line turning)은 절삭 공구를 이용하여 상기 연마층을 소정의 두께만큼 깎아내는 방법으로 수행될 수 있다.
상기 단계 (3)에서 상기 조면화는 상기 연마층의 표면을 샌딩 롤러(Sanding roller)로 가공하는 방법으로 수행될 수 있다.
상기 연마패드의 제조방법은 상기 연마층의 연마면의 이면 상에 쿠션층을 적층하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 쿠션층에 관한 사항은 상기 연마패드에 관하여 전술한 바와 동일하다.
상기 연마층과 상기 쿠션층은 열융착 접착제를 매개로 적층될 수 있다.
상기 연마층의 연마면의 이면 상에 상기 열융착 접착제를 도포하고, 상기 쿠션층의 상기 연마층과 맞닿을 표면 상에 상기 열융착 접착제를 도포하며, 각각의 열융착 접착제가 도포된 면이 맞닿도록 상기 연마층과 상기 쿠션층을 적층한 후, 가압 롤러를 이용하여 두 층을 융착시킬 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 구현예에서, 연마층을 포함하는 연마패드를 제공하는 단계; 및 상기 연마층의 연마면에 연마 대상의 피연마면이 맞닿도록 배치한 후 서로 상대 회전시키면서 상기 연마 대상을 연마하는 단계;를 포함하고, 상기 연마 대상은 반도체 기판을 포함하고, 상기 연마층은 이의 1g을 0.3M 농도의 수산화칼륨(KOH) 수용액에 투입하고, 밀폐된 용기 내에서 150℃ 온도 하에 48시간 반응시킨 가공 조성물의 핵자기공명(NMR) 13C 스펙트럼이 15ppm 내지 18ppm에서 나타나는 제1 피크; 9ppm 내지 11ppm에서 나타나는 제2 피크; 및 138ppm 내지 143ppm에서 나타나는 제3 피크를 포함하고, 상기 제3 피크 대 상기 제2 피크의 면적비가 약 1:1 내지 약 5:1인, 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.
상기 연마층과 이의 가공 조성물에 관한 사항은 상기 연마패드에 관하여 전술한 사항과 동일하다. 상기 반도체 소자의 제조방법에서 전술한 특성을 갖는 연마층이 구비된 연마패드를 적용함으로써, 이를 통해 제조된 상기 반도체 소자는 반도체 기판의 우수한 연마 결과로부터 유래된 우수한 기능을 구현할 수 있다.
도 2는 일 구현예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 개략적으로 도시한 모식도이다. 도 2를 참조할 때, 상기 연마층을 포함하는 연마패드를 제공하는 단계에서, 상기 연마패드(110)는 정반(120) 상에 배치되어 제공될 수 있다.
상기 연마 대상은 반도체 기판을 포함하고, 상기 반도체 기판(130)은 이의 피연마면이 상기 연마패드(110)의 연마층의 연마면에 맞닿도록 배치될 수 있다. 이때, 상기 반도체 기판(130)의 피연마면과 상기 연마층의 연마면은 직접 맞닿을 수도 있고, 유동성 있는 슬러리 등을 매개로 간접적으로 맞닿을 수도 있다.
일 구현예에서, 상기 반도체 소자의 제조방법은 상기 연마패드(110)의 연마층의 연마면 상에 연마 슬러리(150)를 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 연마 슬러리(150)는 공급 노즐(140)을 통하여 상기 연마면 상에 공급될 수 있다.
상기 공급 노즐(140)을 통하여 분사되는 연마 슬러리(150)의 유량은 약 10ml/분 내지 약 1,000ml/분 일 수 있고, 예를 들어, 약 10ml/분 내지 약 800ml/분 일 수 있고, 예를 들어, 약 50ml/분 내지 약 500ml/분일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 연마 슬러리(150)는 실리카 슬러리 또는 세리아 슬러리를 포함할 수 있다.
상기 반도체 기판(130)은 연마헤드(160)에 장착된 상태로 소정의 하중으로 가압되어 상기 연마면에 맞닿을 수 있다. 상기 연마헤드(160)에 의하여 상기 반도체 기판(130)의 피연마면이 상기 연마면 상에 가압되는 하중은 예를 들어, 약 0.01psi 내지 약 20psi 범위에서 목적에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들어, 약 0.1psi 내지 약 15psi일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 연마층의 연마면과 상기 반도체 기판의 피연마면이 전술한 하중으로 서로 맞닿는 경우, 상기 연마층이 전술한 피크 특성으로 표상되는 경도 및 신율을 나타내며, 이에 상응하는 탄성과 접촉 면적이 상기 반도체 기판의 피연마면에 제공될 수 있고, 이에 따라 상기 반도체 기판의 연마율 및 결함 방지 효과가 목적 수준으로 구현되기에 유리할 수 있다.
상기 반도체 기판(130)과 상기 연마패드(110)는 각각의 피연마면과 연마면이 서로 맞닿은 채로 상대 회전할 수 있다. 이때, 상기 반도체 기판(130)의 회전 방향과 상기 연마 패드(110)의 회전 방향은 동일한 방향일 수도 있고, 반대 방향일 수도 있다. 상기 반도체 기판(130)과 상기 연마패드(110)의 회전 속도는 각각 약 10rpm 내지 약 500rpm 범위에서 목적에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들어, 약 30 rpm 내지 약 200 rpm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 반도체 기판과 상기 연마패드의 회전 속도가 각각 상기 범위를 만족하는 경우, 상기 연마층이 전술한 피크 특성으로 표상되는 경도 및 신율을 나타내며, 이에 상응하는 탄성과 접촉 면적이 상기 반도체 기판의 피연마면에 제공될 수 있고, 이에 따라, 상기 반도체 기판의 연마율 및 결함 방지 효과가 목적 수준으로 구현되기에 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 반도체 소자의 제조방법은 상기 연마패드(110)의 연마면을 연마에 적합한 상태로 유지시키기 위하여, 상기 반도체 기판(130)의 연마와 동시에 컨디셔너(170)를 통해 상기 연마패드(110)의 연마면을 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 반도체 소자의 제조방법은 상기 반도체 기판이 산화규소(SiO2) 막을 포함하고, 상기 피연마면이 상기 산화규소(SiO2) 막의 표면이며, 상기 피연마면 상의 연마 완료 후 표면 결함(defect)이 5개 미만이고, 상기 산화규소(SiO2) 막의 평균연마율이 약 2,500 Å/min 내지 약 4,000 Å/min일 수 있다.
상기 반도체 소자 제조방법은 전술한 특징을 갖는 연마층이 구비된 연마패드를 적용함으로써 산화규소(SiO2) 막을 갖는 반도체 기판을 연마대상으로 하여, 전술한 연마율 및 결함 방지 성능을 구현할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
<실시예 및 비교예>
실시예 1
디이소시아네이트 성분 총 중량 100 중량부 대비 2,4-TDI, 2,6-TDI 및 H12MDI를 각각 하기 표 1에 기재된 바와 같은 상대 중량비로 혼합하였다. 폴리올 성분 총 중량 100 중량부 대비 PTMG 및 DEG를 각각 하기 표 1에 기재된 바와 같은 상대 중량비로 혼합하였다. 상기 디이소시아네이트 총량 100 중량부 대비 상기 폴리올 총량을 150 중량부로 상호 혼합하여 혼합 원료를 준비하였다. 상기 혼합 원료를 4구 플라스크에 투입 후 80℃에서 반응시켜 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 예비 조성물을 제조하였다. 상기 예비 조성물 중의 이소시아네이트기(NCO기) 함량은 9중량%로 조절되었다. 상기 예비 조성물에 경화제로서 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린)(MOCA)를 혼합하되, 상기 예비 조성물 중의 NCO기 대비 상기 MOCA의 NH2기의 몰비가 0.96이 되도록 혼합하였다. 또한, 상기 예비 조성물에 팽창성 입자인 고상 발포제(Akzonobel社) 1.0 중량부를 혼합하였다. 상기 예비 조성물을 가로 1,000mm, 세로 1,000mm, 높이 3mm이고, 90℃로 예열된 몰드에 주입하되, 10kg/min의 토출 속도로 주입하였고, 동시에 기상 발포제로서 질소(N2) 기체를 1.0L/min의 주입 속도로 상기 예비 조성물의 주입 시간과 동일한 시간 동안 주입하였다. 이어서, 상기 예비 조성물을 110℃의 온도 조건 하에서 후경화 반응하여 연마층을 제조하였다.
실시예 2
디이소시아네이트 성분 총 중량 100 중량부 대비 2,4-TDI, 2,6-TDI 및 H12MDI를 각각 하기 표 1에 기재된 바와 같은 상대 중량비로 혼합하였다. 폴리올 성분 총 중량 100 중량부 대비 PTMG 및 DEG를 각각 하기 표 1에 기재된 바와 같은 상대 중량비로 혼합하였다. 상기 디이소시아네이트 총량 100 중량부 대비 상기 폴리올 총량을 150 중량부로 상호 혼합하여 혼합 원료를 준비하였다. 상기 혼합 원료를 4구 플라스크에 투입 후 80℃에서 반응시켜 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 예비 조성물을 제조하였다. 상기 예비 조성물 중의 이소시아네이트기(NCO기) 함량은 9.2중량%로 조절되었다. 상기 예비 조성물에 경화제로서 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린)(MOCA)를 혼합하되, 상기 예비 조성물 중의 NCO기 대비 상기 MOCA의 NH2기의 몰비가 0.94가 되도록 혼합하였다. 또한, 상기 예비 조성물에 팽창성 입자인 고상 발포제(Akzonobel社) 1.0 중량부를 혼합하였다. 상기 예비 조성물을 가로 1,000mm, 세로 1,000mm, 높이 3mm이고, 95℃로 예열된 몰드에 주입하되, 10kg/min의 토출 속도로 주입하였다. 이어서, 상기 예비 조성물을 110℃의 온도 조건 하에서 후경화 반응하여 연마층을 제조하였다.
실시예 3
디이소시아네이트 성분 총 중량 100 중량부 대비 2,4-TDI, 2,6-TDI 및 H12MDI를 각각 하기 표 1에 기재된 바와 같은 상대 중량비로 혼합하였다. 폴리올 성분 총 중량 100 중량부 대비 PTMG 및 DEG를 각각 하기 표 1에 기재된 바와 같은 상대 중량비로 혼합하였다. 상기 디이소시아네이트 총량 100 중량부 대비 상기 폴리올 총량을 150 중량부로 상호 혼합하여 혼합 원료를 준비하였다. 상기 혼합 원료를 4구 플라스크에 투입 후 80℃에서 반응시켜 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 예비 조성물을 제조하였다. 상기 예비 조성물 중의 이소시아네이트기(NCO기) 함량은 9.5중량%로 조절되었다. 상기 예비 조성물에 경화제로서 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린)(MOCA)를 혼합하되, 상기 예비 조성물 중의 NCO기 대비 상기 MOCA의 NH2기의 몰비가 0.92가 되도록 혼합하였다. 또한, 상기 예비 조성물에 팽창성 입자인 고상 발포제(Akzonobel社) 1.0 중량부를 혼합하였다. 상기 예비 조성물을 가로 1,000mm, 세로 1,000mm, 높이 3mm이고, 100℃로 예열된 몰드에 주입하되, 10kg/min의 토출 속도로 주입하였다. 이어서, 상기 예비 조성물을 110℃의 온도 조건 하에서 후경화 반응하여 연마층을 제조하였다.
실시예 4
디이소시아네이트 성분 총 중량 100 중량부 대비 2,4-TDI, 2,6-TDI 및 H12MDI를 각각 하기 표 1에 기재된 바와 같은 상대 중량비로 혼합하였다. 폴리올 성분 총 중량 100 중량부 대비 PTMG 및 DEG를 각각 하기 표 1에 기재된 바와 같은 상대 중량비로 혼합하였다. 상기 디이소시아네이트 총량 100 중량부 대비 상기 폴리올 총량을 150 중량부로 상호 혼합하여 혼합 원료를 준비하였다. 상기 혼합 원료를 4구 플라스크에 투입 후 80℃에서 반응시켜 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 예비 조성물을 제조하였다. 상기 예비 조성물 중의 이소시아네이트기(NCO기) 함량은 10.2중량%로 조절되었다. 상기 예비 조성물에 경화제로서 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린)(MOCA)를 혼합하되, 상기 예비 조성물 중의 NCO기 대비 상기 MOCA의 NH2기의 몰비가 0.90이 되도록 혼합하였다. 또한, 상기 예비 조성물에 팽창성 입자인 고상 발포제(Akzonobel社) 1.0 중량부를 혼합하였다. 상기 예비 조성물을 가로 1,000mm, 세로 1,000mm, 높이 3mm이고, 120℃로 예열된 몰드에 주입하되, 10kg/min의 토출 속도로 주입하였다. 이어서, 상기 예비 조성물을 110℃의 온도 조건 하에서 후경화 반응하여 연마층을 제조하였다.
비교예 1
디이소시아네이트 성분 총 중량 100 중량부 대비 2,4-TDI 및 2,6-TDI를 각각 하기 표 1에 기재된 바와 같은 상대 중량비로 혼합하였다. 폴리올 성분 총 중량 100 중량부 대비 PTMG 및 DEG를 각각 하기 표 1에 기재된 바와 같은 상대 중량비로 혼합하였다. 상기 디이소시아네이트 총량 100 중량부 대비 상기 폴리올 총량을 220 중량부로 상호 혼합하여 혼합 원료를 준비하였다. 상기 혼합 원료를 4구 플라스크에 투입 후 80℃에서 반응시켜 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 예비 조성물을 제조하였다. 상기 예비 조성물 중의 이소시아네이트기(NCO기) 함량은 6중량%로 조절되었다. 상기 예비 조성물에 경화제로서 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린)(MOCA)를 혼합하되, 상기 예비 조성물 중의 NCO기 대비 상기 MOCA의 NH2기의 몰비가 0.75가 되도록 혼합하였다. 또한, 상기 예비 조성물에 팽창성 입자인 고상 발포제(Akzonobel社) 1.0 중량부를 혼합하였다. 상기 예비 조성물을 가로 1,000mm, 세로 1,000mm, 높이 3mm이고, 90℃로 예열된 몰드에 주입하되, 10kg/min의 토출 속도로 주입하였다. 이어서, 상기 예비 조성물을 110℃의 온도 조건 하에서 후경화 반응하여 연마층을 제조하였다.
비교예 2
디이소시아네이트 성분 총 중량 100 중량부 대비 2,4-TDI, 2,6-TDI 및 H12MDI를 각각 하기 표 1에 기재된 바와 같은 상대 중량비로 혼합하였다. 폴리올 성분 총 중량 100 중량부 대비 PTMG 및 DEG를 각각 하기 표 1에 기재된 바와 같은 상대 중량비로 혼합하였다. 상기 디이소시아네이트 총량 100 중량부 대비 상기 폴리올 총량을 220 중량부로 상호 혼합하여 혼합 원료를 준비하였다. 상기 혼합 원료를 4구 플라스크에 투입 후 80℃에서 반응시켜 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 예비 조성물을 제조하였다. 상기 예비 조성물 중의 이소시아네이트기(NCO기) 함량은 8.0중량%로 조절되었다. 상기 예비 조성물에 경화제로서 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린)(MOCA)를 혼합하되, 상기 예비 조성물 중의 NCO기 대비 상기 MOCA의 NH2기의 몰비가 0.70이 되도록 혼합하였다. 또한, 상기 예비 조성물에 팽창성 입자인 고상 발포제(Akzonobel社) 1.0 중량부를 혼합하였다. 상기 예비 조성물을 가로 1,000mm, 세로 1,000mm, 높이 3mm이고, 100℃로 예열된 몰드에 주입하되, 10kg/min의 토출 속도로 주입하였다. 이어서, 상기 예비 조성물을 110℃의 온도 조건 하에서 후경화 반응하여 연마층을 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 4 및 상기 비교예 1 내지 2의 연마층 각각을 2mm 두께로 가공하고, 연마면 상에 동심원 형상의 홈 가공 공정을 거쳤다. 이어서, 폴리에스테르 수지 부직포에 우레탄계 수지가 함침된 구조의 두께 1.1mm의 쿠션층을 마련하고, 상기 연마면의 이면과 상기 쿠션층의 부착면에 열융착 접착제를 도포하고 가압 롤러를 이용하여 상호 합지하였다. 이로써, 최종 연마패드를 제조하였다.
<평가>
실험예 1: 예비 조성물의 핵자기공명(NMR) 13 C 스펙트럼
상기 실시예 1 내지 4 및 상기 비교예 1 내지 2의 각각의 예비 조성물에 대하여, 상기 예비 조성물 5mg을 CDCl3에 녹이고 실온에서 핵자기공명(NMR) 장치(JEOL 500MHz, 90° pulse)를 사용하여 13C-NMR 분석을 수행하였다.
실험예 2: 가공 조성물의 핵자기공명(NMR) 13 C 스펙트럼
상기 실시예 1 내지 4 및 상기 비교예 1 내지 2의 각각의 연마층에 대하여, 상기 연마층 1g을 0.3M 농도의 수산화나트륨(KOH) 수용액 15ml에 투입하고, 48ml의 부피를 가지는 밀폐된 용기 내에서, 150℃ 온도 조건 하에서 48시간 반응시켜 가공 조성물을 제조하였다. 상기 가공 조성물 5mg을 CDCl3에 녹이고 실온에서 핵자기공명(NMR) 장치(JEOL 500MHz, 90° pulse)를 사용하여 13C-NMR 분석을 수행하였다.
실험예 3: 연마층 또는 연마패드의 물성 평가
(1) 경도
상기 실시예 1 내지 4 및 상기 비교예 1 내지 2의 연마층 각각을 2mm 두께로 가공한 후, 가로 및 세로를 각각 5cmХ5cm 크기로 재단하여 샘플을 마련하였다. 상기 샘플을 온도 25℃에서 12시간 보관 후 경도계를 이용하여 Shore D 경도를 측정하였다.
(2) 인장강도
상기 실시예 1 내지 4 및 상기 비교예 1 내지 2의 연마층을 2mm 두께로 가공한 후, 가로 및 세로를 4cmХ1cm 크기로 재단하여 샘플을 마련하였다. 상기 샘플을 만능시험계(UTM)를 사용하여 50mm/분의 속도에서 파단 직전의 최고 강도 값을 측정하였다.
(3) 신율
상기 실시예 1 내지 4 및 상기 비교예 1 내지 2의 연마층을 2mm 두께로 가공한 후, 가로 및 세로를 4cmХ1cm 크기로 재단하여 샘플을 마련하였다. 상기 샘플을 만능시험계(UTM)를 사용하여 50mm/분의 속도에서 파단 직전의 최대 변형 길이를 측정한 뒤, 최초 길이 대비 최대 변형 길이의 비율을 백분율(%)로 나타내었다.
(4) 절삭률
상기 실시예 1 내지 4 및 상기 비교예 1 내지 2의 연마층을 이용하여 전술한 바에 따라 제조된 각각의 연마패드에 대하여, 상기 연마패드를 10분 동안 탈이온수(deionized water)로 프리-컨디셔닝(pre-conditioning)한 후, 1시간 동안 탈이온수를 분사하면서 컨디셔닝하였다. 상기 컨디셔닝 과정에서 변화된 두께를 측정하여 두께 변화량(㎛/hr)을 연마패드의 절삭률로 산출하였다. 컨디셔닝에 사용한 장비는 CTS사의 AP-300HM이고, 컨디셔닝 압력은 6 lbf, 회전 속도는 100~110rpm이고, 컨디셔닝에 사용된 디스크는 새솔社의 CI-45이었다.
실험예 4: 연마 성능의 평가
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2의 연마층을 적용한 각각의 연마패드를 제조한 후 하기와 같이 연마 성능을 평가하였다.
직경 300mm의 실리콘 웨이퍼 상에 산화규소(SiO2)를 화학기상증착(CVD) 공정에 의해서 증착하였다. CMP 장비에 상기 연마패드를 부착하고, 실리콘 웨이퍼의 산화규소 층의 표면이 연마패드의 연마면을 향하도록 설치하였다. 상기 연마패드 상에 하소 세리아 슬러리를 250mL/분의 속도로 공급하면서, 4.0psi의 하중으로 상기 실리콘 웨이퍼를 상기 연마면 상에 가압하고, 상기 연마패드 및 상기 실리콘 웨이퍼의 회전 속도를 각각 150rpm으로 하여 60초간 상기 산화규소 막을 연마하였다. 연마 후 실리콘 웨이퍼를 캐리어로부터 떼어내어, 회전식 탈수기(spin dryer)에 장착하고 증류수로 세정한 후 질소로 15초 동안 건조하였다.
(1) 평균 연마율
건조된 실리콘 웨이퍼에 대해 광간섭식 두께 측정 장치(SI-F80R, Kyence사)를 사용하여 연마 전후의 막 두께 변화를 측정하였다. 이후 하기 식을 사용하여 연마율을 계산하였다. 이와 같이, 총 5회 연마율을 측정하여 수 평균 값을 구하여 평균 연마율로 하였다.
연마율(Å/min) = 실리콘 웨이퍼의 연마 두께(Å) / 연마 시간(min)
(2) 결함
상기 연마율 측정방법과 동일하게 연마를 진행하고, 연마 대상의 연마된 표면을 육안 관찰하여 스크래치(scratch) 등의 결함(Defect)의 개수를 도출하였다. 구체적으로, 연마 후 실리콘 웨이퍼를 클리너(Cleaner)로 이동시켜, 1% 불화수소(HF)와 정제수(DIW); 1% 질산(H2NO3)과 정제수(DIW)를 각각 사용하여 10초씩 세정하였다. 이후 스핀드라이어(spin dryer)로 이동시켜 정제수(DIW)로 세정한 후 질소(N2)로 15초 동안 건조하였다. 건조된 실리콘 웨이퍼를 디펙(Defect) 측정 장비(Tenkor社, XP+)를 사용하여 연마 전후 결함의 변화를 육안 관찰하였다.
상기 실험예 1 내지 4의 결과는 하기 표 1에 기재한 바와 같다.
항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
예비
조성물
조성		 디이소시아네이트 2,4-TDI 73 71 70 68 96 80
2,6-TDI 17 16 15 14 4 5
H12MDI 10 13 15 18 - 15
Total 100 100 100 100 100 100
폴리올 PTMG
(Mw 1000)		 90.8 89.9 89.9 89.9 90.0 97.5
DEG(Mw 106) 9.2 10.1 10.1 10.1 10.0 2.5
Total 100 100 100 100 100 100
예비 조성물 NCO기 함량(중량%) 9 9.2 9.5 10.2 6 8.0
아민
경화제		 예비조성물 中 NCO 대비 경화제의NH2몰비 0.96 0.94 0.92 0.90 0.75 0.70
공정
조건		 프리폴리머 제조 반응 온도(℃) 80 80 80 80 80 80
경화 몰드 예열 온도
(℃)		 90 95 100 120 90 100
후경화 온도(℃) 110 110 110 110 110 110
예비
조성물
13C NMR		 피크
위치
(ppm)		 제4피크
(17.5~20)		 17.694 17.682 17.673 17.691 17.627 17.713
제5피크
(16~17.5)		 17.026 16.997 17.016 16.998 17.226 17.293
면적비 제4피크:
제5피크		 3.18 : 1 1.67 : 1 1.72 : 1 2.01 : 1 3.89 : 1　 6.02 : 1
가공
조성물
13C NMR		 피크
위치
(ppm)		 제1피크
(15~18)		 16.549 16.196 16.559 16.559 16.263 17.093
제2피크
(9~11)		 10.292 9.930 10.302 10.302 10.006 10.843　
제3피크
(138~143)		 141.082 140.853 141.177 141.167 140.824 143.104
면적비 제3피크:
제2피크		 3.15 : 1 3.34 : 1 3.94 : 1 4.16 : 1 5.31 : 1 5.25 : 1
제1피크:
제2피크		 10 : 1.72 10 : 1.66 10 : 1.67 10 : 1.67 10 : 1.08 10 : 1.60
제1피크:
제3피크		 10 : 5.40 10 : 5.52 10 : 6.56 10 : 6.92 10 : 5.74 10 : 8.40
연마층
또는
연마
패드
물성		 경도(Shore D) 58.4 56.2 57.4 58 43 45
인장강도(N/㎟) 21.4 22.2 22.3 21.5 14.5 18.5
신율(%) 94.4 107.5 103.7 100.5 230.8 240.2
연마패드 절삭률
(㎛/hr)		 51.2 51.3 43.3 42.2 84.5 90.2
연마
성능		 평균연마율(Å/min) 3724 3324 3357 3253 2357 2345
결함 개수(ea) 0.5 1 2 1.5 4 5
상기 표 1을 참조할 때, 상기 실시예 1 내지 4의 연마층은 소정의 조건 하에서 처리한 가공 조성물의 핵자기공명(NMR) 13C 스펙트럼이 15ppm 내지 18ppm에서 나타나는 제1 피크; 9ppm 내지 11ppm에서 나타나는 제2 피크; 및 138ppm 내지 143ppm에서 나타나는 제3 피크를 포함하고, 상기 제3 피크 대 상기 제2 피크의 면적비가 1:1 내지 5:1인 연마층이 적용된 패드로서, 이에 상응하는 경도, 인장강도, 신율 및 절삭률 등의 특성을 바탕으로 반도체 기판의 연마 결과가 매우 우수한 것을 확인할 수 있다.
이와 달리, 상기 비교예 1 및 2의 연마층의 경우, 상기 제3 피크 대 상기 제2 피크의 면적비가 1:1 내지 5:1의 범위를 벗어남으로써 상기 실시예 1 내지 4의 연마층에 비하여 경도 및 인장강도가 낮고, 신율 및 절삭률이 높은 물성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 상기 비교예 1 및 2의 연마패드는 피연마면에 대하여 상기 실시예 1 내지 4의 연마패드가 목적으로 하는 수준의 연마 성능을 부여하지 못하여 평균 연마율 및 결함 측면에서 열등한 것을 확인할 수 있다.
100, 110, 200: 연마패드
10: 연마층
11: 제1면
12: 제2면
13: 홈
20: 쿠션층
30: 제1 접착층
40: 제2 접착층
50: 예비 조성물
60: 경화 구조체
70: 가공 조성물
120: 정반
130: 반도체 기판
140: 공급 노즐
150: 연마 슬러리
160: 연마헤드
170: 컨디셔너

Claims (10)

  1. 연마층을 포함하고,
    상기 연마층 1g을 0.3M 농도의 수산화칼륨(KOH) 수용액에 투입하고, 밀폐된 용기 내에서 150℃ 온도 하에 48시간 반응시킨 가공 조성물의 핵자기공명(NMR) 13C 스펙트럼이 15ppm 내지 18ppm에서 나타나는 제1 피크; 9ppm 내지 11ppm에서 나타나는 제2 피크; 및 138ppm 내지 143ppm에서 나타나는 제3 피크를 포함하고,
    상기 제3 피크 대 상기 제2 피크의 면적비가 1:1 내지 5:1인,
    연마패드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 피크 대 상기 제2 피크의 면적비가 10:1 내지 10:5이고,
    상기 제1 피크 대 상기 제3 피크의 면적비가 10:5 내지 10:10인,
    연마패드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연마층은 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 예비 조성물의 경화물을 포함하고,
    상기 예비 조성물의 핵자기공명(NMR) 13C 스펙트럼이 16ppm 내지 20ppm에서 피크 위치(ppm) 값이 큰 순서대로 제4 피크 및 제5 피크를 나타내고,
    상기 제4 피크 대 상기 제5 피크의 면적비가 1:1 내지 5:1인,
    연마패드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 예비 조성물은 이소시아네이트 화합물 및 폴리올 화합물의 반응물을 포함하고,
    상기 이소시아네이트 화합물은 방향족 디이소시아네이트 화합물을 포함하고,
    상기 폴리올 화합물은 중량평균분자량(Mw)이 약 100g/mol 이상, 약 300g/mol 미만인 저분자량 폴리올 및 중량평균분자량(Mw)이 약 300g/mol 이상, 약 1800g/mol 이하인 고분자량 폴리올을 포함하는,
    연마패드.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 방향족 이소시아네이트 화합물은 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI) 및 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-TDI)를 포함하고,
    상기 예비 조성물은 일말단 우레탄 반응된 2,4-TDI로부터 유래된 제1 단위 구조, 일말단 우레탄 반응된 2,6-TDI로부터 유래된 제2 단위 구조 및 양말단 우레탄 반응된 2,4-TDI로부터 유래된 제3 단위 구조 중 적어도 하나를 포함하는 우레탄계 프리폴리머를 포함하는,
    연마패드.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 예비 조성물은 양말단 미반응 2,6-TDI를 더 포함하는,
    연마패드.
  7. 연마층을 포함하는 연마패드를 제공하는 단계; 및
    상기 연마층의 연마면에 연마 대상의 피연마면이 맞닿도록 배치한 후 서로 상대 회전시키면서 상기 연마 대상을 연마시키는 단계;를 포함하고,
    상기 연마 대상은 반도체 기판을 포함하고,
    상기 연마층은 이의 1g을 0.3M 농도의 수산화칼륨(KOH) 수용액에 투입하고, 밀폐된 용기 내에서 150℃ 온도 하에 48시간 반응시킨 가공 조성물의 핵자기공명(NMR) 13C 스펙트럼이 15ppm 내지 18ppm에서 나타나는 제1 피크; 9ppm 내지 11ppm에서 나타나는 제2 피크; 및 138ppm 내지 143ppm에서 나타나는 제3 피크를 포함하고,
    상기 제3 피크 대 상기 제2 피크의 면적비가 1:1 내지 5:1인,
    반도체 소자의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 반도체 기판이 산화규소(SiO2) 막을 포함하고,
    상기 피연마면이 상기 산화규소(SiO2) 막의 표면이며,
    상기 산화규소 막의 평균 연마율이 2,500 Å/min 내지 4,000 Å/min이고,
    상기 피연마면 상의 연마 완료 후 표면 결함(defect)이 5개 미만인,
    반도체 소자의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 연마 대상 및 상기 연마 패드의 회전 속도는 각각 10rpm 내지 500rpm인,
    반도체 소자의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 연마층의 연마면 상에 연마 슬러리는 공급하는 단계를 더 포함하고,
    상기 연마 슬러리의 공급 유량은 10ml/분 내지 1,000mL/분인,
    반도체 소자의 제조방법.
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